【正文】 end if。 end if。139。 signal state : state_def。 clr:in std_logic。 begin u1:trafficcontrol port map(ck,c,clr,temp_e,temp_f,hg,hy,hr,fg,fy,fr,temp_s,st0,st1,st2,st3)。 f:out std_logic)。 hg,hy,hr:out std_logic。 主干道驅(qū)動(dòng)信號(hào)； fg,fy,fr:out std_logic。 amp。E 轉(zhuǎn) 換 條 件 1 1 0 1 0 1 0 1 T2 0 1 1 0 1 0 1 0 T1 1 0 0 0 0 0 0 0 T0 Q1 Q2 Q1 Q2 次 態(tài) 現(xiàn) 態(tài) 控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)移表 圖 1 次態(tài)圖 1 F 0 1 0 1 0 Q2 Q1 (b) Q1次態(tài)圖 1 0 1 0 Q2 Q1 (a) Q2次態(tài)圖 F C 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 216。 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 216。 1 1D Q1 1D Q2 A0 A1 A0 A1 CP T0 T1 ADD CLR S2 0 1 2 3 “0” 0 1 2 3 “0” “1” 74153 74153 譯碼器 R R C1 C1 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 118 S3 S1 圖 用每態(tài)一個(gè)觸發(fā)器的乘法控制器邏輯圖 1 amp。 1 0 ADD T2 1 0 216。 開關(guān) C CLR ADD DSL DSR DSR Q3 Q3～ Q0 Q(74194) A(74194) Q3～ Q0 D3～ D0 開關(guān) B 開關(guān) A M(74194) LED LED LED DSR CR 5V 5V CI CO 74283 74163 CNT S3 S2 Q3 Q 1D Q3～ Q0 CP 4 4 C1 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 114 表 乘法器狀態(tài)轉(zhuǎn)移表 現(xiàn) 態(tài) 輸 入 次 態(tài) 輸 出 Q2 Q1 S1 S2 S3 Q2 Q1 T0 0 0 0 216。 216。 ② A3=1，觸發(fā)器 E置“ 1”，并檢驗(yàn) A4，若 A4=0， 繼續(xù)計(jì)數(shù)；若 A4=1，觸發(fā)器 F置“ 1”，系統(tǒng)停止計(jì)數(shù)。 F：觸發(fā)器輸出 4S到指示信號(hào)； ASYF：組合輸出3S到指示信號(hào)，與 F相差一個(gè)時(shí)鐘周期。74139 CLK CLR Q1 Q2 x2 x2 x1 x2 amp。 1 0 0 T3 1 1 216。 1 1 1 0 1 1 T2 1 0 0 0 216。 216。 amp。 0 1 1 T3 1 1 1 1 0 1 T2 Q1 Q2 Y X Q1 Q2 次 態(tài) 輸 入 現(xiàn) 態(tài) 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 62 控制器有 4個(gè)狀態(tài)（ T0 、 T T2 、 T3 ），用 2個(gè)觸發(fā)器、 2個(gè) 4選 1數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)。 0216。因此，設(shè)計(jì)定時(shí)器時(shí)可采用 74161芯片實(shí)現(xiàn)。 圖 算法流程圖轉(zhuǎn)為 ASM圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 37 ASM圖推導(dǎo)處理器明細(xì)表和控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（表） 圖 算法流程圖與 ASM圖 RESET?1 WAIT RESET?0 A?DATA,BUSY?0 A?SR(A) BUSY?1 Y?A,BUSY?0 BEGIN END 0 1 1 0 T2 C1 C2 C3 C5 S1 S2 0 1 1 0 C4 T0 T1 T3 （ a）算法流程圖 （ b） ASM圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 38 表 處理器明細(xì)表 操 作 表 狀態(tài)變量表 控制信號(hào) 操 作 狀態(tài)變量 定 義 C1 C2 C3 C4 C5 RESET?1 WAIT RESET?0 A?DATA,BUSY?0 A?SR(A) BUSY?1 Y?A,BUSY?0 S1 S2 BEGIN END 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 39 圖 控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 T0 T1 1?/10000 T2 S1S2/C1C2C3C4C5 0?/10000 ??/01000 ?0/00110 T3 ?1/00100 ??/00001 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 40 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 例 設(shè)計(jì)一個(gè)求兩個(gè) 4位二進(jìn)制數(shù)之積的數(shù)字乘法器。 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 30 四、移位操作 ： X←SR （ A， X） ： X←SL （ X， A） X←SR （ X） X←SL （ X） 五、條件控制語句 P： IF（條件） Then（微操作 1） Else（微操作 2） 控制函數(shù) 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 31 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其他描述工具 一、方框圖 描述數(shù)字系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。電路設(shè)計(jì)的結(jié)果常采用兩種方式來表達(dá)：電路圖方式、硬件描述語言方式 。 （ 1） 異步輸入信號(hào) ：早于或晚于當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)鐘有效沿出現(xiàn)的輸入信號(hào)。BU Combined） 這種方法即能保證實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化的、清晰易懂的以及可靠性高、可維護(hù)性好的設(shè)計(jì)，又能減少設(shè)計(jì)的重復(fù)勞動(dòng)，提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)率。BU Combined） 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 2 概述 一 、 數(shù)字系統(tǒng)的基本模型 二、數(shù)字系統(tǒng)時(shí)序約定 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 3 三、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 4 寄存器傳輸語言 (RTL) 一、傳輸操作 二、算術(shù)操作 三、邏輯操作 四、移位操作 五、條件控制語句 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 5 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其他描述工具 一、方框圖 二、算法流程圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 6 三、算法狀態(tài)機(jī)圖（ ASM圖） 4. ASM圖與狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 ASM圖推導(dǎo)處理器明細(xì)表和控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（表） 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 7 例 4位數(shù)字乘法器的設(shè)計(jì) 一、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、邏輯設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì) ASM圖 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 8 (2)用數(shù)據(jù)選擇器、寄存器、譯碼器的方法（用 MSI) (3)用每態(tài)一個(gè)觸發(fā)器的方法（用 SSI) (4)用 PLA的方法（用 LSI) (1)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法（用 SSI) 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 9 PLD在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 一、使用 PLD器件的優(yōu)點(diǎn) 二、用 GAL實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng) 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 10 三、物理設(shè)計(jì) 例 交通燈管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、邏輯設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì) ASM圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 11 VHDL實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)舉例 一、根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計(jì)控制器 二、根據(jù) ASM圖設(shè)計(jì)控制器 三、根據(jù) ASM圖設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng) 例 1 例 2 例 3 例 4 作業(yè) 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 12 第 12章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 一、數(shù)字系統(tǒng)概念 由若干數(shù)字邏輯部件構(gòu)成的能夠產(chǎn)生 、 存儲(chǔ) 、傳輸 、 處理數(shù)字信息的客觀實(shí)體 。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中盡量運(yùn)用概念（即抽象）去描述和分析設(shè)計(jì)對(duì)象，而不過早地考慮實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)的具體電路、元器件和工藝，以抓住主要矛盾，避免糾纏在具體細(xì)節(jié)上。 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 18 (1)模型 ① 組合網(wǎng)絡(luò) ② 狀態(tài)寄存器 （ Q） (2)設(shè)計(jì) 以 狀態(tài)轉(zhuǎn)移表 為設(shè)計(jì)依據(jù)。 明確設(shè)計(jì)任務(wù) 確定初始結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)算法 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 22 采用比較規(guī)范的形式來描述系統(tǒng)的邏輯功能。 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 26 （ 1）大寫英文字母 （ 2）方塊圖 A (a)寄存器 A An An1 … A2 A1 (b)寄存器 A的各個(gè)位表示 A (c)寄存器位編號(hào)表示 1 n 圖 寄存器方塊圖表示 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 27 1 amp。321 XXXZ ???A←0,C ←0 X0 A←AX A←A+X X0 A←AX A←A+X X0 A←AX C ←1 A←A+X C ←1 1 0 1 0 1 0 圖 算法流程圖 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 34 三、算法狀態(tài)機(jī)圖（ ASM圖） 按系統(tǒng)時(shí)序來描述系統(tǒng)的工作過程。其功能如下： (1)公路上無車時(shí)，主干道 綠燈亮 ,公路 紅燈亮 ； (2)公路上有車時(shí)，傳感器輸出 C=1，且主干道通車時(shí)間超過最短時(shí)間，主干道交通燈由 綠 → 黃 → 紅 ，公路交通燈由 紅 → 綠 ； (4)假設(shè)公路綠燈亮的最長時(shí)間等于主干道綠燈亮的最短時(shí)間，都為 16秒，若計(jì)時(shí)到 E=1；黃燈亮的時(shí)間設(shè)為 4秒，若計(jì)時(shí)到 F=1。 10 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 59 例 3 控制器的狀態(tài)圖示于下圖，它有四個(gè)狀態(tài)和兩個(gè)輸入端。 1 0 0 0 0 216。 X2 X3 X4 Z T0 T3 00 11 0 1 10 01 0 1 0 1 T1 01 T2 10 X2X1 00 11 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 65 （ 1）用每態(tài)一個(gè)觸發(fā)器法： 控制器有 4個(gè)狀態(tài)（ T0 、 T T2 、 T3 ），需 4個(gè)觸發(fā)器，采用 DFF，并分別用 F0～ F3表示，由 ASM圖知： 12212231212230 )( XXTXXTTXXXXTTD ??????421321043232101 )( XXTXXTTXXXXXTTD ??????122212 XXTXTD ??43211223 XXXTXXTD ??321 XXTZ ?電路圖如下： 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 66 amp。 ≥1 ≥1 ≥1 ≥1 1D C1 S T0 1D C1 R T1 1D C1 R T2 1D C1 R T3 CP X1 X2 X3 X4 X2 X3 Q0 Q1 Q2 Q3 F0 F1 F2 F3 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 67 （ 2）用多路選擇器 — 時(shí)序寄存器 — 譯碼器法： 控制器有 4個(gè)狀態(tài)（ T0 、 T T2 、 T3 ），需 2個(gè)觸發(fā)器，采用 DFF，并分別用 F0、 F1表示，需 2個(gè)四選一多路選擇器， 1個(gè) 2— 4線譯碼器： 將二進(jìn)制代碼 00， 01， 10， 11分別分配給 T0 、T T2 、 T3，控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表如下： 2022年 2月 17日星期四 第十二章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 68 現(xiàn) 態(tài) 輸 入 次 態(tài) 輸 出 Q2 Q1 X1 X2 X3 X4 Q2 Q1 Z T0 0 0 216。 1 0 216。 216。 ≥1